Tại sao lại có một đơn vị SI riêng cho nhiệt độ?

Question

Giả sử tôi hiểu các dữ kiện dưới đây là đúng:

• Có 7 đơn vị SI - khối lượng (kg), chiều dài (m), thời gian (s), dòng điện (A), nhiệt độ (K), cường độ sáng (cd), lượng chất (mol).
• Nhiệt năng về bản chất không là gì khác ngoài động năng.
• Nhiệt độ là một đơn vị đo nhiệt năng (do đó đo động năng).
• Động năng có thể được biểu thị bằng $[M^1 L^2 T^{-2}]$ (một hàm của khối lượng, độ dài và thời gian).

Theo những dữ kiện này, kelvin (đơn vị SI cho nhiệt độ) cũng là một hàm của khối lượng, độ dài và thời gian. Nếu vậy, tại sao chúng ta cần một đơn vị SI riêng biệt cho nhiệt độ? Tui bỏ lỡ điều gì vậy?

Answer 1

Câu hỏi hay. Trong bất kỳ hệ đơn vị nào, hệ số tỷ lệ giữa đơn vị nhiệt độ và đơn vị năng lượng là hằng số Boltzmann . Nếu chúng ta đặt hằng số Boltzmann thành$1$- như trong hệ đơn vị Planck - trên thực tế, chúng ta đang đo nhiệt độ và năng lượng theo cùng một đơn vị.

Tuy nhiên, việc sử dụng đơn vị Planck trong cuộc sống hàng ngày sẽ tạo ra những khó khăn thực tế, bởi vì nhiệt độ Planck rất lớn - nhiệt độ của một tách trà là xấp xỉ $2 \times 10^{-30}$Planck đơn vị. Bạn có thể coi đây là thước đo mức độ nhỏ của các nguyên tử - một vật thể hàng ngày chứa một số lượng lớn các nguyên tử, vì vậy nhiệt năng trung bình trên mỗi nguyên tử của nó rất nhỏ so với động năng vĩ mô, thế năng của nó, v.v. Vì vậy, để tạo ra một tập hợp các đơn vị trong đó cả năng lượng vĩ mô điển hình và nhiệt độ đều có giá trị hợp lý (không quá lớn, không quá nhỏ) bạn cần đặt hằng số Boltzmann thành một giá trị rất nhỏ.